]> git.ozlabs.org Git - ccan/blobdiff - ccan/isaac/isaac.c
Tim's ISAAC module.
[ccan] / ccan / isaac / isaac.c
diff --git a/ccan/isaac/isaac.c b/ccan/isaac/isaac.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..12fd7c1
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,254 @@
+/*Written by Timothy B. Terriberry (tterribe@xiph.org) 1999-2009 public domain.
+  Based on the public domain implementation by Robert J. Jenkins Jr.*/
+#include <float.h>
+#include <math.h>
+#include <string.h>
+#include <ccan/ilog/ilog.h>
+#include "isaac.h"
+#if defined(__GNUC_PREREQ)
+# if __GNUC_PREREQ(4,2)
+#  pragma GCC diagnostic ignored "-Wparentheses"
+# endif
+#endif
+
+
+
+#define ISAAC_MASK        (0xFFFFFFFFU)
+
+
+
+static void isaac_update(isaac_ctx *_ctx){
+  uint32_t *m;
+  uint32_t *r;
+  uint32_t  a;
+  uint32_t  b;
+  uint32_t  x;
+  uint32_t  y;
+  int       i;
+  m=_ctx->m;
+  r=_ctx->r;
+  a=_ctx->a;
+  b=_ctx->b+(++_ctx->c)&ISAAC_MASK;
+  for(i=0;i<ISAAC_SZ/2;i++){
+    x=m[i];
+    a=(a^a<<13)+m[i+ISAAC_SZ/2]&ISAAC_MASK;
+    m[i]=y=m[(x&ISAAC_SZ-1<<2)>>2]+a+b&ISAAC_MASK;
+    r[i]=b=m[y>>ISAAC_SZ_LOG+2&ISAAC_SZ-1]+x&ISAAC_MASK;
+    x=m[++i];
+    a=(a^a>>6)+m[i+ISAAC_SZ/2]&ISAAC_MASK;
+    m[i]=y=m[(x&ISAAC_SZ-1<<2)>>2]+a+b&ISAAC_MASK;
+    r[i]=b=m[y>>ISAAC_SZ_LOG+2&ISAAC_SZ-1]+x&ISAAC_MASK;
+    x=m[++i];
+    a=(a^a<<2)+m[i+ISAAC_SZ/2]&ISAAC_MASK;
+    m[i]=y=m[(x&ISAAC_SZ-1<<2)>>2]+a+b&ISAAC_MASK;
+    r[i]=b=m[y>>ISAAC_SZ_LOG+2&ISAAC_SZ-1]+x&ISAAC_MASK;
+    x=m[++i];
+    a=(a^a>>16)+m[i+ISAAC_SZ/2]&ISAAC_MASK;
+    m[i]=y=m[(x&ISAAC_SZ-1<<2)>>2]+a+b&ISAAC_MASK;
+    r[i]=b=m[y>>ISAAC_SZ_LOG+2&ISAAC_SZ-1]+x&ISAAC_MASK;
+  }
+  for(i=ISAAC_SZ/2;i<ISAAC_SZ;i++){
+    x=m[i];
+    a=(a^a<<13)+m[i-ISAAC_SZ/2]&ISAAC_MASK;
+    m[i]=y=m[(x&ISAAC_SZ-1<<2)>>2]+a+b&ISAAC_MASK;
+    r[i]=b=m[y>>ISAAC_SZ_LOG+2&ISAAC_SZ-1]+x&ISAAC_MASK;
+    x=m[++i];
+    a=(a^a>>6)+m[i-ISAAC_SZ/2]&ISAAC_MASK;
+    m[i]=y=m[(x&ISAAC_SZ-1<<2)>>2]+a+b&ISAAC_MASK;
+    r[i]=b=m[y>>ISAAC_SZ_LOG+2&ISAAC_SZ-1]+x&ISAAC_MASK;
+    x=m[++i];
+    a=(a^a<<2)+m[i-ISAAC_SZ/2]&ISAAC_MASK;
+    m[i]=y=m[(x&ISAAC_SZ-1<<2)>>2]+a+b&ISAAC_MASK;
+    r[i]=b=m[y>>ISAAC_SZ_LOG+2&ISAAC_SZ-1]+x&ISAAC_MASK;
+    x=m[++i];
+    a=(a^a>>16)+m[i-ISAAC_SZ/2]&ISAAC_MASK;
+    m[i]=y=m[(x&ISAAC_SZ-1<<2)>>2]+a+b&ISAAC_MASK;
+    r[i]=b=m[y>>ISAAC_SZ_LOG+2&ISAAC_SZ-1]+x&ISAAC_MASK;
+  }
+  _ctx->b=b;
+  _ctx->a=a;
+  _ctx->n=ISAAC_SZ;
+}
+
+static void isaac_mix(uint32_t _x[8]){
+  static const unsigned char SHIFT[8]={11,2,8,16,10,4,8,9};
+  int i;
+  for(i=0;i<8;i++){
+    _x[i]^=_x[i+1&7]<<SHIFT[i];
+    _x[i+3&7]+=_x[i];
+    _x[i+1&7]+=_x[i+2&7];
+    i++;
+    _x[i]^=_x[i+1&7]>>SHIFT[i];
+    _x[i+3&7]+=_x[i];
+    _x[i+1&7]+=_x[i+2&7];
+  }
+}
+
+
+void isaac_init(isaac_ctx *_ctx,const unsigned char *_seed,int _nseed){
+  _ctx->a=_ctx->b=_ctx->c=0;
+  memset(_ctx->r,0,sizeof(_ctx->r));
+  isaac_reseed(_ctx,_seed,_nseed);
+}
+
+void isaac_reseed(isaac_ctx *_ctx,const unsigned char *_seed,int _nseed){
+  uint32_t *m;
+  uint32_t *r;
+  uint32_t  x[8];
+  int       i;
+  int       j;
+  m=_ctx->m;
+  r=_ctx->r;
+  if(_nseed>ISAAC_SEED_SZ_MAX)_nseed=ISAAC_SEED_SZ_MAX;
+  for(i=0;i<_nseed>>2;i++){
+    r[i]^=(uint32_t)_seed[i<<2|3]<<24|(uint32_t)_seed[i<<2|2]<<16|
+     (uint32_t)_seed[i<<2|1]<<8|_seed[i<<2];
+  }
+  _nseed-=i<<2;
+  if(_nseed>0){
+    uint32_t ri;
+    ri=_seed[i<<2];
+    for(j=1;j<_nseed;j++)ri|=(uint32_t)_seed[i<<2|j]<<(j<<3);
+    r[i++]^=ri;
+  }
+  x[0]=x[1]=x[2]=x[3]=x[4]=x[5]=x[6]=x[7]=0x9E3779B9U;
+  for(i=0;i<4;i++)isaac_mix(x);
+  for(i=0;i<ISAAC_SZ;i+=8){
+    for(j=0;j<8;j++)x[j]+=r[i+j];
+    isaac_mix(x);
+    memcpy(m+i,x,sizeof(x));
+  }
+  for(i=0;i<ISAAC_SZ;i+=8){
+    for(j=0;j<8;j++)x[j]+=m[i+j];
+    isaac_mix(x);
+    memcpy(m+i,x,sizeof(x));
+  }
+  isaac_update(_ctx);
+}
+
+uint32_t isaac_next_uint32(isaac_ctx *_ctx){
+  if(!_ctx->n)isaac_update(_ctx);
+  return _ctx->r[--_ctx->n];
+}
+
+uint32_t isaac_next_uint(isaac_ctx *_ctx,uint32_t _n){
+  uint32_t r;
+  uint32_t v;
+  uint32_t d;
+  do{
+    r=isaac_next_uint32(_ctx);
+    v=r%_n;
+    d=r-v;
+  }
+  while((d+_n-1&ISAAC_MASK)<d);
+  return v;
+}
+
+/*Returns a uniform random float.
+  The expected value is within FLT_MIN (e.g., 1E-37) of 0.5.
+  _bits: An initial set of random bits.
+  _base: This should be -(the number of bits in _bits), up to -32.
+  Return: A float uniformly distributed between 0 (inclusive) and 1
+           (exclusive).
+          The average value was measured over 2**32 samples to be
+           0.50000037448772916.*/
+static float isaac_float_bits(isaac_ctx *_ctx,uint32_t _bits,int _base){
+  float ret;
+  int   nbits_needed;
+  while(!_bits){
+    if(_base+FLT_MANT_DIG<FLT_MIN_EXP)return 0;
+    _base-=32;
+    _bits=isaac_next_uint32(_ctx);
+  }
+  /*Note: This could also be determined with frexp(), for a slightly more
+     portable solution, but that takes twice as long, and one has to worry
+     about rounding effects, which can over-estimate the exponent when given
+     FLT_MANT_DIG+1 consecutive one bits.
+    Even the fallback C implementation of ILOGNZ_32() yields an implementation
+     25% faster than the frexp() method.*/
+  nbits_needed=FLT_MANT_DIG-ILOGNZ_32(_bits);
+#if FLT_MANT_DIG>32
+  ret=ldexpf((float)_bits,_base);
+# if FLT_MANT_DIG>65
+  while(32-nbits_needed<0){
+# else
+  if(32-nbits_needed<0){
+# endif
+    _base-=32;
+    nbits_needed-=32;
+    ret+=ldexpf((float)isaac_next_uint32(_ctx),_base);
+  }
+  _bits=isaac_next_uint32(_ctx)>>32-nbits_needed;
+  ret+=ldexpf((float)_bits,_base-nbits_needed);
+#else
+  if(nbits_needed>0){
+    _bits=_bits<<nbits_needed|isaac_next_uint32(_ctx)>>32-nbits_needed;
+  }
+# if FLT_MANT_DIG<32
+  else _bits>>=-nbits_needed;
+# endif
+  ret=ldexpf((float)_bits,_base-nbits_needed);
+#endif
+  return ret;
+}
+
+float isaac_next_float(isaac_ctx *_ctx){
+  return isaac_float_bits(_ctx,0,0);
+}
+
+float isaac_next_signed_float(isaac_ctx *_ctx){
+  uint32_t bits;
+  bits=isaac_next_uint32(_ctx);
+  return (1|-((int)bits&1))*isaac_float_bits(_ctx,bits>>1,-31);
+}
+
+/*Returns a uniform random double.
+  _bits: An initial set of random bits.
+  _base: This should be -(the number of bits in _bits), up to -32.
+  Return: A double uniformly distributed between 0 (inclusive) and 1
+           (exclusive).
+          The average value was measured over 2**32 samples to be
+           0.500006289408060911*/
+static double isaac_double_bits(isaac_ctx *_ctx,uint32_t _bits,int _base){
+  double ret;
+  int    nbits_needed;
+  while(!_bits){
+    if(_base+DBL_MANT_DIG<DBL_MIN_EXP)return 0;
+    _base-=32;
+    _bits=isaac_next_uint32(_ctx);
+  }
+  nbits_needed=DBL_MANT_DIG-ILOGNZ_32(_bits);
+#if DBL_MANT_DIG>32
+  ret=ldexp((double)_bits,_base);
+# if DBL_MANT_DIG>65
+  while(32-nbits_needed<0){
+# else
+  if(32-nbits_needed<0){
+# endif
+    _base-=32;
+    nbits_needed-=32;
+    ret+=ldexp((double)isaac_next_uint32(_ctx),_base);
+  }
+  _bits=isaac_next_uint32(_ctx)>>32-nbits_needed;
+  ret+=ldexp((double)_bits,_base-nbits_needed);
+#else
+  if(nbits_needed>0){
+    _bits=_bits<<nbits_needed|isaac_next_uint32(_ctx)>>32-nbits_needed;
+  }
+# if DBL_MANT_DIG<32
+  else _bits>>=-nbits_needed;
+# endif
+  ret=ldexp((double)_bits,exp-DBL_MANT_DIG);
+#endif
+  return ret;
+}
+
+double isaac_next_double(isaac_ctx *_ctx){
+  return isaac_double_bits(_ctx,0,0);
+}
+
+double isaac_next_signed_double(isaac_ctx *_ctx){
+  uint32_t bits;
+  bits=isaac_next_uint32(_ctx);
+  return (1|-((int)bits&1))*isaac_double_bits(_ctx,bits>>1,-31);
+}